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Stromwandler-Normbürde
Zur Kennzeichnung von Stromwandlern ist die Angabe der Nennleistung eine wichtige Grösse. Die Nennleistung ist definiert als das Produkt aus Nennbürde und dem Quadrat des sekundären Nennstromes. Unter Bürde versteht man den Scheinwiderstand in Ohm der sekundär angeschlossenen Geräte, einschliesslich der Zuleitungen; unter Nennbürde diejenige Bürde, auf welche die für Stromwandler in den Regeln für Messwandler, VDE 0414, festgelegten Bestimmungen über die Fehlergrenzen bezogen werden.
In diesen VDE-Regeln sind für Stromwandler bestimmte Nennleistungen genormt ; 5, 10. 15,30, 60 VA. Ferner fordern die Bestimmungen über Fehlergrenzen, dass diese für Stromwandler der Klassen 0, 1 bis 1 zwischen 1/1 und 1/4, und bei Stromwandlern der Klasse 3 zwischen 1/1 und 1/2 der Nennbürde einzuhalten sind. Bei Stromwandlem der Klassen 0, 1-1 mit Nennleistungen über 60 VA mÜ8sendie Fehlergrenzen von 15 VA ab eingehalten werden. Aus diesen VDE-Regeln ergibt sich nun folgende Reihe von Teil- und Nennbürden : 1, 25/2,5/3,75/5/7,5/10/15/30/60 VA.
Weiter sieht dieEichanweisung derPTB für amtliche Messungen noch die Nennleistungen 20 und 45 VA mit den Teilleistungen 5 und 11, 25 VA vor. Darüber hinausgehend werden von Elektrischen Versorgungsunternehmen (EVU), Prüfämtern, Instituten und Wandlerherstellern häufig auch noch Nennleistungen bis zu 90 und 120 VA verlangt. Zusammengefasst ergibt sich folgende Stufung von (Nenn-und Teilleistungen und dementsprechend von Nenn-und Teilbürden :
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ler werden nun entweder aus den betriebsmässig anzuschliessenden Geräten (Elektrizitätszähler, Zusatzeinrichtungen, Messinstrumente ; Relais, Schalter usw. ) hergestellt, wobei statt der Betriebsbürde auch gleiche Ersatzbürden verwendet werden können, oder es werden feste Normbürden verwendet.
Diese Normbürden werden von Wandlerherstellern, Prüfämtern usw. für Abnahmeprüfungen und Untersuchungen benötigt.
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2) Der sekundäre Nennstrom der Stromwandler für welche die Normbürde bestimmt ist. Hier bilden die genormten Nennströme 1 A, 5 A und 10 A die Regel. In den skandinavischen Ländern ist auch der Nennstrom 2 A gebräuchlich.
3) Der Leistungsfaktor der Bürde.
Gemäss den VDE-Regeln 0414 gelten die Fehlergrenzen bei einem sekundären Leistungsfaktor von cos B = 0, 8. Ausnahmen sind zugelassen für die kleinen Teilbürden (s. µ 14 der VDE-Regeln). Darüber hinaus werden häufig auch Bürden mit den Leistungsfaktoren cos ss = 1 und 0, 5 gewünscht, teils für Untersuchungszwecke, Sonderfälle, oder auch deshalb, weil einzelne EVU's zu den allgemein geltenden VDERegeln noch Sonderbestimmungen innerhalb ihres Einflussbereiches festsetzen.
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4) Die Nennfrequenz.
Die zur Zeit geltenden VDE-Regeln für Messwandler sind für einen Frequenzbereich von 16 2/3 bis 500 Hz wirksam.
Die am meisten vorkommende Frequenz ist dieNetzfrequenz 50 Hz, seltener die Frequenz 16 2/3 Hz.
In neuerer Zeit gewinnt der Bereich über 50 Hz bis zu 500 Hz an Bedeutung. Hier sind es häufig mehrere
Nennfrequenzen, die in Frage kommen, gemäss den genormten Frequenzen nach DIN 40005. Die Nenn- frequenz bestimmt nur die Grösse der Blindwiderstände, während die ohmschen Anteile von der Frequenz selbstverständlich nicht beeinflusst werden.
5) Geltungsbereich der Bruchteile des Nennstromes und Genauigkeit der Bürdenwiderstände.
Die Wandlerregeln setzen die zulässigen Fehlergrenzen für einen Bereich vom 0,05 bzw. 0, l-fachen bis zum 1, 2 bzw. 2,0-fachen Nennstrom fest. Dementsprechend müssen die Normbürden in diesem Bereich richtig sein. Als Genauigkeit lassen die Vorschriften der PTB eine Abweichung der Wirk- und Blindwider- stände um -t 3 % zu.
6) Berücksichtigung äusserer Widerstände.
Die Normbürden werden bei der Messung der Wandlerfehler verwendet. Hiebei liegen im Sekundärkreis des zu messenden Stromwandlers noch Zuleitungen und der Innenwiderstand der Wandlermesseinrichtung.
Diese stellen eine zusätzliche Belastung des Stromwandler dar. Sie kann bis zu 2,5 VA, nämlich bei Ver- wendung einer Schering-Alberti-Stromwandlermesseinrichtung für 5 A-Nennstrom, betragen (Zuleitungen nicht mit eingerechnet). Wird eine Wandlermesseinrichtung nach dem Differentialverfahren verwendet, dann kommen nur Zuleitungswiderstände von etwa 20m 3 vor. Werden Messeinrichtungen nach dem Spannungskompensationsverfahren mit Zwischenwandlern verwendet, so betragen die Zusatzbelastungen etwa
0, 5- 0, 8VA. Die diesen Zusatzbelastungen entsprechenden Widerstände, di0 praktisch rein ohmisch sind, müssen von den in der Normbürde enthaltenen Widerständen abgezogen werden.
Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Stromwandler-Normbürde, die aus einer Reihenschaltung von Induktivitäten und ohmschen Widerständen aufgebaut ist. Die dargestellten Induktivitäten können reine Luft- drosseln und Eisendrosseln mit Luftspalt sein.
Die in der Fig. 1 dargestellten Ketten von Scheinwiderständen sind jeweils für verschiedene Frequenzen f1, f2... fN vorgesehen, wobei innerhalb jeder Gruppe jede Scheinwiderstandskette einem bestimmten cos ss (z. B. l ; 0, 8 ; 0,5) entspricht und mit Anzapfungen versehen ist, an denen die jeweilige Nennleistung (z. B. von 1, 25 VA bis 90 VA) eingestellt werden kann. Mit dem Umschalter 12 wird die jeweilige Frequenz und mit dem Umschalter 11 der jeweilige cos ss gewählt. Für die verschiedenen sekundären Nennströme (z. B. 1A, 2A, 5/10A) der Stromwandler sind verschiedene Klemmenpaare a, b ; a', b' ; a", b"vorgesehen.
Um eine Materialersparnis (innerhalb einer Kombination) zu erzielen, werden, so weit ausführbar, z. B. zwei oder mehrere Induktivitäten auf einen Eisenkern (mit Luftspalt) gewickelt, also Induktivitäten mit Anzapfung. Ist nun eine der drei andern Bestimmungsgrössen, Nennstrom, cos 8, Frequenz, mehrfach vorhanden, so ist für jede neue Kombination derselben eine neue Scheinwiderstandskette erforderlich, wie die Fig. 1 zeigt. Bei cos ss = 1 und verschiedenen Frequenzen bei demselben Nennstrom bleibt selbstverständlich die Widerstandskette unverändert. Um in diesen Fällen Materialersparnisse zu erzielen, wurden Schaltungen vorgeschlagen, die eine Mehrfachausnutzung der Widerstandselemente ermöglichen.
Solche Ersparnisse werden jedoch mit grossem Aufwand an Schaltern erkauft, wobei sehr schnell die Grenze des noch praktisch Durchführbaren erreicht ist. Ferner wird dadurch die Prüf- ünd Abgleicharbeit verkompliziert.
Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Normbürden vermieden. Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromwandler-Normbürde. Die Erfindung besteht darin, dass für die Variation der Be- stimmungsgrössen diesen zugeordnete, hintereinander geschaltete Wandler vorgesehen sind, wobei für die sekundären Nennströme ein einziger Wandler mit mehreren Primäranzapfungen zur Wahl des Nennstromes vorgesehen ist, an dessen Sekundärwicklung ein weiterer Wandler für die Wahl der verschiedenen Nennleistungen angeschaltet ist oder jedem sekundären Nennstrom ein besonderer, mit mehreren Primäranzapfungen zur Wahl der Nennleistung ausgebildeter Wandler zugeordnet ist, und an dessen Sekundärwicklung ein umschaltbarer reiner oder komplexer Widerstand anschliessbar ist.
Die Erfindung wird an Hand von in den Fig.'2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem für jeden sekundären Nennstrom lA, 2A, 5/10A ein besonderer Stromwandler A, B, C mit den Klemmenpaaren a, b ; a', b' ; a", b", ein sogenannter Bürdenwandler, verwendet wird. Auf der Sekundärseite dieser Bürdenwandler ist über einen Umschalter 13 ein
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reiner oder-komplexer Widerstand D angeschlossen, die sogenannte Hauptbürde. Durch Umschaltung von Wirk-und Blindwiderstand R, X geschieht die Variation des cos ss, und durch Umschaltung des Blindwiderstandes X allein die Variation der Frequenz. Die Wahl der verschiedenen Leistungen von 1, 25 bis 60, 90 oder 120 VA erfolgt durch Umschaltung der Primärwindungszahl der Bürdenwandler A, B, C.
Es ist offensichtlich, dass infolge der grossen Mehrfachausnutzung der Hauptbürde D bei der erfindungsgemässen Normbürde nicht nur eine Ersparnis von Material und Zeit für die Anfertigung der Bauelemente erzielt wird, sondern dass auch die Prüf- und Abgleichzeit verringert wird. Die Einsparungen bei der erfindungsgemässen Strombürde ist umso grösser, je grösser die Bestimmungsgrössen variieren.
Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sämtliche Bestimmungsgrössen über Stromwandler varriert werden. Jeder Bestimmungsgrösse ist dabei ein Wandler zugeordnet. Für die Nennströme 1, 2,5 und 10A ist an Stelle der drei Wandler A, B, C nach der Fig. 2 ein einziger Wandler 31 vorgesehen. An die Sekundärwicklung dieses Wandlers ist ein weiterer Wandler 32 für die Wahl der verschiedensten Nennleistungen angeschaltet. Die Variation des cos 8 erfolgt mittels zweier Wandler 33, 34, die auf der Primärseite über einem Umschalter U miteinander verbunden und an den Wandler 32 angeschlossen sind. An die Sekundärwicklung des Wandlers 33 ist ein Widerstand 35 angeschlossen. An die Sekundärwicklung des Wandlers 34 ist die Primärwicklung eines Wandlers 36 angeschlossen, der zur Frequenzvariation dient.
An die Sekundärwicklung dieses Wandlers ist eine Drossel 37 angeschaltet. Widerstand 35 und Drossel 37 entsprechen dem Widerstand und der Induktivität in der Fig. 2.